DE1562251C3 - Transistorschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit wenigstens einem Transistor, dessen elektrischer Schaltzustand durch wenigstens ein Element einstellbar ist, das. über ein Wärme mit großer Zeitverzögerung leitendes Medium thermisch durch einen elektrisch steuerbaren, eine Temperaturänderungseinrichtung darstellenden Heizwiderstand gesteuert ist.
In der Steuer- und Regeltechnik werden oft große Verzögerungszeiten zwischen dem Auftreten eines Impulses und der Herstellung eines bestimmten Schaltzustandes der Steuerung oder des Regelkreises benötigt. Normalerweise werden Verzögerungen durch Einschalten eines /?C-Gliedes in dem Strompfad hervorgerufen. Die maximale Größe der so zu erzielenden Verzögerungszeiten hängt von der Kapazität der zu verwendenden Kondensatoren und dem Widerstandswert der zu verwendenden Widerstände ab.

Bei Schaltungen mitElektonenröhren ist die Größe der verwendbaren Widerstände praktisch nur durch die unvermeidbaren Ableitwiderstände der Schaltung, insbesondere auch der verwendeten Kondensatoren begrenzt. Es lassen sich also verhältnismäßig hohe Werte verwenden. Bei ähnlichen Schaltungen mit Transistoren ist das aber nicht der Fall, weil Transistorschaltungen vergleichsweise niederohmig aufgebaut werden müssen. Gerade bei Transistorschaltungen lassen sich deshalb unter Anwendung üblicher Technik keine großen Verzögerungszeiten verwirklichen.

In der deutschen Patentschrift 961912 ist eine Transistorschaltung beschrieben, die große Verzögerungszeiten ermöglicht. Als wesentliche Elemente enthält diese Schaltung einen Spitzentransistor und einen fremdgeheizten Heiß- oder Kaltleiter, der den Basis- oder Emitterwiderstand des Spitzentransistors bildet. Da Spitzentransistoren einen Kennlinienbereich negativen Widerstandes aufweisen, kann die Schaltung in Abhängigkeit von der Größe des Heißoder Kaltleiterwiderstandes einen von zwei stabilen Ärbeitspunkten einnehmen. Die Schaltung stellt also eine Kippschaltung dar. Die Funktion, die der temperaturgesteuerte Heiß- oder Kaltleiter hier ausübt, ist an diese Schaltung gebunden; z.B. läßt sich eine gleichartige Kippschaltung bereits dann nicht mehr realisieren, wenn der Spitzentransistor durch einen Flächentransistor ersetzt wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bcsteht darin, für eine derartige Schaltung eine weitere Lösung anzugeben, die sich durch eine besonders einfache Konfiguration sowohl in schaltungstechnischer als auch in konstruktiver Hinsicht auszeichnet. . · '

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung mit wenigstens einem Transistor, dessen elektrischer Schaltzustand durch wenigstens ein Element einstellbar ist, das über ein Wärme mit großer Zeitverzöge-

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rung leitendes Medium thermisch durch einen elek- Wendung des Heizwiderstandes ist bei geschickter

trisch steuerbaren, eine Temperaturänderungseinrich- Dimensionierung der ganzen Schaltungsanordnung

tung darstellenden Heizwiderstand gesteuert ist, wird normalerweise unbedenklich, wenn auch die Be-

diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ihre Realisie- triebstemperatur eines Transistors bekanntlich nicht rung mit wenigstens einem einen Kunststoflblock mit 5 zu hoch sein darf.

Metallkappe darstellenden Bauelement gelöst, in dem Wenn eine Schaltungsanordnung mit zwei Tran-

der den elektrischen Schaltzustand der Schaltung be- sistoren aufgebaut werden soll, die wechselweise

stimmende Transistor und die Temperaturänderungs- einen bestimmten Schaltzustand einnehmen soll, wie

einrichtung eingebettet sind, und bei dem der Kunst- das beispielsweise bei Multivibratoren der Fall ist,

stoffblock das verbindende Medium und der Tran- io kommt es in der Regel bei Verwendung der erfin-

sistor zugleich das thermisch steuerbare Element ist. dungsgemäßen Bauelemente weniger auf den Tempe-

Durch die deutsche Auslegeschrift 1156 111 ist raturunterschied des einen oder des anderen Tran-

bereits ein Transistorverstärker mit zwei zu einer sistors gegenüber seiner Umgebung an, sondern auf

Baueinheit konstruktiv zusammengefaßten Stufen be- die Differenz in der Betriebstemperatur der beiden

kannt, die galvanisch in der Weise miteinander ge- 15 Transistoren.

koppelt sind, daß eine Zunahme des statischen Aus- Die erfindungsgemäße Anordnung kann in einer

gangsstromes der ersten Stufe eine Verminderung des Vielzahl von Schaltungsanordnungen, insbesondere

statischen Ausgangsstromes der zweiten Stufe zur der Regel- und Steuertechnik, angewandt werden.

Folge hat. Zur thermischen Stabilisierung sind hier- So kann beispielsweise ein monostabiler Multivibrator

bei die einzelnen Stufen über wärmeleitende Brücken 20 zur Erzeugung von Impulsen großer Dauer aus einer

thermisch gekoppelt, wodurch eine Überlastung und erfindungsgemäßen Anordnung und einem zweiten

unzulässige Erwärmung vermieden wird. Transistor aufgebaut werden; zweckmäßigerweise

Zwar werden bei dieser bekannten Schaltung die wird dabei die Temperaturänderungseinrichtung der Eigenschaften der Transistoren im Sinne einer Steue- erfindungsgemäßen Anordnung als Kollektorwiderrung beeinflußt, doch unterscheidet sie sich vom Er- 25 stand des zweiten Transistors geschaltet,
findungsgegenstand wesentlich in mehrfacher Hin- Ein solcher monostabiler Multivibrator mit einer sieht. Weder enthält die Schaltung eine einen Zwei- erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Heizwiderpol darstellende Temperaturänderungseinrichtung, stand kann als Multivibrator zur Erzeugung von noch sind die wärmeleitenden Brücken aus Kunst- langperiodischen Schwingungen ausgebaut werden, stoff und für eine Wärmeübertragung mit großer Zeit- 30 wenn der zweite Transistor ebenfalls Bestandteil Verzögerung ausgelegt. Im Gegensatz zum Erfin- einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Heizdungsgegenstand kommt es hier vielmehr auf eine widerstand als Kollektorwiderstand des ersten Tranmöglichst schnelle Wärmeleitung an. sistors geschaltet ist.

Durch die deutsche Auslegeschrift 1038 954 ist Ein spezielles Problem gerade auch der Regel-und

weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Temperatur- 35 Steuertechnik ist die Verstärkung von Gleichströmen,

und/oder Strahlungsanzeige beschrieben, die aus Schon die schwachen Temperaturabhängigkeiten der

einem Transistoroszillator besteht, dessen Amplitude in Röhrenverstärkern verwendeten Bauelemente füh-

von der Temperatur des Transistors unmittelbar ab- ren über längere Betriebsdauer zu Wanderungen in

hängt, die wiederum durch die Umgebungstempe- der Null-Lage der Ausgangsspannung, der sogenann-

ratur bedingt ist. Dieser Oszillator enthält keine Tem- 40 ten »Drift«. Bei Transistorverstärkern treten solche

peraturänderungseinrichtung und kein wärmeleitendes Drifterscheinungen natürlich in wesentlich erhöhtem

Medium, so daß auch keine verzögerte Temperatur- Maße auf, so daß es bisher noch nicht möglich war,

Übertragung von dieser zu einem Transistor im Sinne einen über nennenswerte Zeitspannen konstanten

der Erfindung innerhalb eines Bauelements statt- Gleichstromverstärker mit Transistoren aufzubauen,

findet. 45 Eine gewisse Herabsetzung der Temperaturabhängig-

Auch die durch die deutsche Auslegeschrift keit brachte zwar die Verwendung eines Differenz-1096 419 bekannte Transistorkippschaltung mit Verstärkers aus zwei Transistoren als Eingangsstufe einem Widerstand, der durch atmosphärische Größen — oder auch als weitere Stufe —, eine Konstanz über in seinem Widerstandswert verändert ist und ohne längere Betriebszeiten konnte aber auch damit nicht Zeitverzögerung jeweils einen der beiden stabilen 50 erreicht werden. Ein praktisch driftfreier Verstärker Zustände der Kippschaltung erzwingt, bietet keine dieser Art kann aus Transistoren aufgebaut werden, unmittelbare Vergleichsmöglichkeit mit der vorlie- wenn die beiden Transistoren der Eingangsstufe Bebenden Erfindung. Diese Kippschaltung enthält näm- standteile einer erfindungsgemäßen Anordnung sind lieh keine elektrisch steuerbare Temperaturände- und die Temperaturänderungseinrichtungen durch rungseinrichtung, deren Wärme über einen Kunst- 55 einen getrennten Verstärker, der zu Zeiten, in denen stoffblock auf den Transistor einwirkt. der Ausgang der Schaltungsanordnung gleich Null

Aus der deutschen Patentschrift 873 717 ist sein muß, in Betrieb gesetzt wird, dann mit Strom

schließlich noch eine Schaltungsanordnung zur ver- auf einem bestimmten Wege versorgt werden, wenn

zögerten Auslösung eines Schaltvorganges unter Ver- und solange der Ausgang eine Spannung mit einem

Wendung eines Relais und eines Heißleiters bekannt. 60 bestimmten Vorzeichen führt.

Diese Schaltung enthält weder einen Transistor noch Eine Pegelregelung nur während gewisser Zeiten

eine elektrisch steuerbare Temperaturänderungsein- durchzuführen, ist an sich bekannt. So ist in der

richtung, noch ein Wärme mit großer Zeitverzöge- deutschen Patentschrift 1 015 858 ein Nachrichten-

rung leitendes Medium, die zu einem Bauelement zu- übertragungssystem mit Kompander beschrieben, des-

sammengefaßt sind, und berührt somit die Erfindung 65 sen Expander durch einen Pilotton gesteuert wird,

nicht. der in den Modulationspausen für die Pegelregelung

Die Temperaturänderungseinrichtung kann im ein- verwendet wird,

fachsten Fall ein ohmscher Widerstand sein. Die Ver- Wenn der vorstehend beschriebene Verstärker im-

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mer nur kurzzeitig betrieben wird, so daß eine even- Transistor 7 sind so in die Bohrung 2 bzw. die Austuell auftretende Drift klein bleibt und in kurzen sparung 4 eingepaßt, daß sie sich selbst halten.
Zeitabständen nachgeregelt werden kann, arbeitet ein Fließt bei einer solchen Anordnung ein Strom solcher Operationsverstärker einwandfrei. Werden durch den Widerstand 6, so erwärmt sich dieser und die Betriebszeiten jedoch größer, wie es beispiels- 5 teilt seine Erwärmung über den Kunststoffblock 1 weise bei Verwendung solcher Verstärker als Be- dem Transistor? mit. Auf diesen wirkt die Erwärstandteile einer Integrierschaltung möglich ist, so mung wie ein elektrisches Signal an der Basis im wird in weiterer Ausbildung der Erfindung empfoh- Sinne einer Erhöhung des Kollektorstroms,
len, in die bzw. jede Differenzverstärkerstufe aus In F i g. 3 ist eine Verzögerungsschaltung mit einer zwei Transistoren einen bezüglich des Arbeitspunktes io Anordnung nach F i g. 1 und 2 dargestellt. Ein Transtabilisierend wirkenden Mitkopplungszweig dadurch sistor 3Γ1 ist in üblicher Weise mit einem Kollekeinzubauen, daß die Basis und der Emitter des einen torwiderstand 3 R 2 und einem Emitterwiderstand Transistors durch einen Widerstand miteinander ver- 3R3 zwischen Betriebsspannung UB und OVoIt gebunden sind; die Ausgangsspannung ist dann vom schaltet. Die Basis des Transistors 3 Tl muß in nicht Kollektor des anderen, mitkopplungsfreien Transi- 15 näher dargestellter Weise auf einen bestimmten Arstors abzunehmen, dessen Kollektorstrom dadurch beitspunkt vorgespannt werden, beispielsweise durch stabilisiert wird. Anschluß an einen Abgriff eines zwischen UB und

Wie erwähnt, kann ein Operationsverstärker auch 0 Volt liegenden Spannungsteilers. Die Basis kann

als Bestandteil einer Integrierschaltung arbeiten, in aber auch als Eingang für Steuersignale verwendet

diesem Falle ist ein vor seinen Eingang geschalteter 20 werden, die den Ausgang 3 A unverzögert beeinflus-

Widerstand durch einen Integrierkondensator mit sen sollen.

dem Ausgang verbunden. Parallel zu dem Integrier- Im Bereich des Transistors 3Tl ist ein Heizwiderkondensator liegt dann aber der Verstärkereingangs- stand 3i?l angeordnet, zweckmäßigerweise gemäß widerstand, durch den ein Fehlerstrom fließt. Da- F i g. 1 und 2 mit diesem gemeinsam in einen Kunstdurch wird die das Integrierergebnis darstellende 25 stoffblock eingebettet, wie durch den beide Symbole Ausgangsspannung des Verstärkers um einen be- umschließenden Kreis angedeutet. Ein Anschluß des stimmten Betrag vermindert. Die Verminderung der Widerstandes 3Rl liegt an OVoIt, der andere dient Ausgangsspannung kann dadurch beseitigt werden, als Eingang für ein elektrisches Signal, auf Grund daß der parallel zum Integrierkondensator liegende dessen nach einer bestimmten Zeit am Ausgang 3 A Widerstand des Verstärkereingangs unendlich groß 30 ein Signal auftreten soll.

gemacht wird, indem beispielsweise der als Eingangs- Eine Verbesserung der einfachen Verzögerungsstufe eingesetzte Differenzverstärker derart -abgeän- schaltung nach Fi g. 3 ist in Fi g. 4 dargestellt. Diese dert wird, daß ein anderer Eingang des Verstärkers, besteht aus einer Anordnung mit einem Transistor der gegenphasig zu dem mit dem Widerstand verbun- 4Π und einem Heizwiderstand 4Rl und einem denen liegt, mit dem Abgriff eines Spannungsteilers 35 weiteren Transistor 4 Γ 2, der mit dem Transistor verbunden ist, der zwischen dem mit dem Ausgang 4 Tl nach Art Art eines Differenzverstärkers zusamdes Verstärkers verbundenen Anschluß des Konden- mengeschaltet ist. Die Emitter beider Transistoren sators und 0 Volt liegt. liegen über einem gemeinsamen Emitterwiderstand

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung noch 4R3 an OVoIt und über getrennte Kollektorwidernäher erläutert werden. Es zeigt 40 stände 4R2 und 4R4 an der Betriebsspannung UB.

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Die Basis des Transistors4Γ2 ist über einen Span-Anordnung, nungsteiler4i?5 und 4R6 auf festes Potential ge-

Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 legt. Die Schaltung der Basis des Transistors 4Tl ist

von unten, wie in F i g. 3 offengelassen, sie kann ebenfalls auf

F i g. 3 eine mit einer erfindungsgemäßen Anord- 45 festem Potential liegen, kann aber auch als Eingang

nung aufgebaute Verzögerungsschaltung, für Steuersignale oder zur Einstellung eines Schwell-

F i g. 4 eine verbesserte Ausführung der Schaltung wertes verwendet werden,

nachFig.3, Der Heizwiderstand 4Rl ist wie im Fall der

F i g. 5 eine mit zwei erfindungsgemäßen Anord- F i g. 3 mit einem Anschluß an 0 Volt angeschlossen,

nungen aufgebaute Multvibratorschaltung, 50 der andere Anschluß dient als Eingang für das

F i g. 6 eine verbesserte Ausführungsform der MuI- Steuersignal,

tivibratorschaltung nach F i g. 5, Die betriebsmäßige Verbesserung der Schaltungs-

F i g. 7 eine Abwandlung der Multivibratorschal- anordnung nach F i g. 4 gegenüber der nach F i g. 3

tung nach F i g. 5 zur Bildung einer monostabilen liegt darin, daß die verbesserte Anordnung wegen der

Multivibratorschaltung, 55 starken Gegenkopplung über den gemeinsamen

F i g. 8 eine Operationsverstärkerschaltung, Emitterwiderstand unabhängiger ist von Schwankun-

F i g. 9 eine mit einer Schaltungsanordnung nach gen in der Umgebungstemperatur. Durch geeignete

F i g. 8 aufgebaute Integrierschaltung. Bemessung der Bauelemente der Schaltungsanord-

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen nung nach F i g. 4 läßt sich auch erreichen, daß sich

Anordnung ist in Fig. 1 und 2 dargestellt. Sie be- 60 die Spannung am Ausgang 4A annähernd sprunghaft

steht aus einem Kunststoffblock 1 mit einer Längs- ändert.

bohrung2 und einem in diese mündenden, parallel Fig. 5 zeigt die Schaltung eines Multivibrators,

zu ihr laufenden Schlitz 3 sowie einer Aussparung 4, Dieser besteht aus zwei Transistoren 5 Tl und 5T2

einer metallischen Kappe5, einem ohmschen Wider- mit jeweils zugehörigen Heizwiderständen5Rl und

stand 6, der in der Bohrung 2 liegt, und einem Tran- 65 5R2, die, wie durch die Schaltsymbole umschlies-

sistor 7, der in der Aussparung 4 angeordnet ist. Die sende Kreise angedeutet, gemäß F i g. 1 in einem ge-

Stromzuleitungen für den Widerstand 6 ragen aus meinsamen Kunststoffblock eingebettet sind. Der im

dem Schlitz 3 heraus; der Widerstand 6 und der Bereich des Transistors5 Π angeordnete Widerstand

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5i?X ist als Kollektorwiderstand des anderen Tran- gut reproduzierbar festgelegten Zeit ist der Transistor sistors5T2 geschaltet, umgekehrt ist der im Bereich 6T3 weit genug erwärmt, um über den Widerstand des zweiten Transistors 5Γ2 angeordnete Heizwider- 6R3 Sperrspannung an die Basis des Transistors stand5R2 als Kollektorwiderstand des ersten Tran- 6Tl zu geben, während etwa gleichzeitig der Transistors 5Tl geschaltet. 5 sistor 6Γ4 so weit abgekühlt ist, daß praktisch keine

Wenn in einem bestimmten Schaltzustand des Sperrspannung mehr an der Basis des Transistors Multivibrators der Transistor 5 Tl leitet, ist der 6 Γ 2 steht. Der Multivibrator kippt dann in bekann-Transistor5T2 annähernd gesperrt, weil über den ter Weise in den anderen Schaltzustand, in dem der Koppel widerstand 52? 3 vom Kollektor des Tran- Transistor 6 Γ 2 leitet und der Transistor 6 Π gesistors5Tl Sperrspannung an die Basis des Tran- io sperrt ist. An den Transistoren 6 T2 und 6T4 spielen sistors 5 Γ 2 gegeben wird. Gleichzeitig fließt der sich dann die gleichen Vorgänge ab wie eben in Ver-Kollektorstrom des Transistors 5Tl durch den Heiz- bindung mit den Transistoren 6Tl und 6T3 bewiderstand5i?2 im Bereich des zweiten Transistors schrieben und umgekehrt, bis die Schaltung wieder 5T2 und erwärmt diesen, bis die Erwärmung des in den zuerst beschriebenen Zustand zurückkehrt.
Transistors 5T2 ausreicht, den Einfluß der sperren- 15 Durch Vereinfachung der Schaltung nach Fig. 5 den Basisspannung zu überwinden und den Tran- kann auch ein monostabiler Multivibrator aufgebaut sistor 5T2 leitend zu machen. In dem Moment wird werden, wie in Fig. 7 dargestellt. Ein solcher besteht über den Koppelwiderstand Si? 4 Sperrspannung an aus einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem die Basis des Transistors5Tl gegeben, so daß dieser Transistor 8Tl und einem Heizwiderstand 8Rl und annähernd sperrt. Damit hört im wesentlichen Strom- 20 einem zweiten Transistor 872, als dessen Kollektorfluß durch den Widerstand5R2 und damit eine Er- widerstand der Heizwiderstand 8Rl geschaltet ist. wärmung des Transistors 5 T 2 auf, dafür beginnt der Im Normalbetrieb leitet der Transistor 8Γ1. Kommt Stromfluß durch den Widerstand5Rl und damit eine ein Sperrimpuls an die Basis des Transistors 8T1, Erwärmung des Transistors 5 Tl. Die mit Bezug auf so sperrt dieser und macht Transistor 8 T 2 über den den Transistor 5 T2 beschriebenen Vorgänge wieder- 25 Koppelwiderstand 8R 2 leitend. Über Koppelwiderholen sich jetzt, während sich der Transistor 5 Γ2 stand 8R 3 wird dann Transistor 8Tl gesperrt, so wieder abkühlt. daß dauernd Kollektorstrom durch den Heizwider-

Die Dauer der so gesteuerten Schwingungen richtet stand8i?l fließt. Transistor 8Tl wird dadurch ersieh nach der Wärmekapazität der beiden Anordnun- wärmt, bis die Erwärmung ausreicht, die Sperrspangen aus dem Transistor 5Tl und dem Widerstand 30 nung an der Basis zu kompensieren, so daß Tran- 5Rl bzw. dem Transistor 5T2 und dem Widerstand sistor 8Tl wieder leitend wird und über Koppel- 5R2 und der Wärmeableitung der beiden Anord- widerstand 8T2 Sperrspannung an die Basis von nungen an die Umgebung. Nach einem anfänglichen Transistor 8 T 2 gibt. Transistor 8 T 2 wird dann wie-Warmlaufen der Schaltung tritt ein Zustand ein, in der gesperrt und Transistor 8Tl leitet, so daß der dem beide Transistoren im Mittel eine bestimmte 35 ursprüngliche Schaltzustand wieder hergestellt ist. Temperatur einnehmen, die über der Umgebungs- Die zwischen dem Leitendwerden des Transistors temperatur liegt, beispielsweise 10° über der Chassis- 8T2 und dem Zurückkippen der Schaltung in den temperatur. Selbstverständlich pendeln die Betriebs- ursprünglichen Zustand verstrichene Zeit hängt wietemperaturen beider Transistoren in dem beschrie- der von der Heizleistung am Widerstand SR1, dem benen Rhythmus um diese mittlere Temperatur. 40 Wärmeübergangswiderstand zwischen dem. Heiz-

Eine Weiterentwicklung der Schaltung nach Fig. 5 widerstand 8Rl und dem Transistor 8 Tl, der

ist in Fig. 6 dargestellt. Dieser Multivibrator kann Wärmekapazität der Anordnung und der vorgesehe-

als normaler Multivibrator aus zwei Transistoren nen Kühlung ab. .

6Tl und 6T2 angesprochen werden, bei dem die Der Vollständigkeit halber soll darauf hingewiesen

sonst üblichen i?C-Glieder durch zwei erfindungs- 45 werden, daß auch die Schaltung nach Fig. 6 als

gemäße Anordnungen aus einem Transistor 6T3 monostabiler Multivibrator arbeiten kann; es muß

bzw. 6T4 und je einem Widerstand 6Rl bzw. 6R2 dann ein Heizwiderstand 6i?l oder 6R2 durch einen

ersetzt sind. einfachen Kollektorwiderstand 6RV bzw. 6i?2' er-

Die Heizwiderstände 6 R1 und 6i?2 sind jeweils setzt werden, wie in unterbrochenen Linien angedeu-

als Kollektorwiderstand der Multivibratortransisto- 50 tet, so daß dieser Schaltzustand stabil wird.

ren6Tl bzw. 6T2 geschaltet, werden also je nach In Fig. 8 ist ein Gleichstromverstärker, ein so-

Schaltzustand des Multivibrators abwechselnd auf- genannter Operationsverstärker, aus drei Differenz-

geheizt. Die Steuerung des Multivibrators erfolgt verstärkerstufen mit je zwei Transistoren 9 Tl und

durch die. Kollektorspannung der Transistoren 6T3 9T2, 9T3 und 9Γ4 bzw. 9Γ5 und 9T6 und einem

bzw. 6. T 4 über Koppel widerstände 6 R 3 bzw. 6i?4 55 als Emitterfolger geschalteten Ausgangstransistor

in Verbindung mit den Multivibrator-Koppelwider- 9Γ7 dargestellt, Temperaturänderungen wirken auf

ständen 6 R 5 bzw. 6 R 6. beide Transistoren eines Differenzverstärkers im we-

Der Transistor 6 Tl leitet, wenn der Transistor sentlichen gleichmäßig, so daß sich die Temperaturen mehr Strom zieht als Transistor 6 T3, so daß einflüsse am Ausgang im wesentlichen aufheben. Die die Basis des Transistors 6T2 über 6i?4 und 6R5 60 verbleibenden temperaturbedingten Schwankungen mit Sperrspannung beaufschlagt wird. Der Kollektor- der Transistorarbeitspunkte eines Differenzverstärkers strom des Transistors 6Tl fließt durch den Heiz- werden hauptsächlich von der durch Gegenkopplung widerstand 6 i?l für d?n Transistor 6 T 3, so daß am gemeinsamen Emitterwiderstand stark verminderdieser allmählich erwärmt wird; gleichzeitig kann sich ten Temperaturbahängigkeit der beiden Transistoren, der Transistor 6 T 4, der in der vorhergehenden 65 ferner durch geringe Temperaturunterschiede und Schaltphase erwärmt war, abkühlen. Nach einer durch Exemplarstreuungen dieser Transistoren verursacht, die Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, die Heiz- Wegen der großen Verstärkung eines Operationsverleistung und Wärmeableitung der ganzen Anordnung stärkers bewirken selbst kleinste. Arbeitspunktschwan-

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kungen in der Eingangsstufe große Änderungen der torausgangsspannung der einzelnen Differenzverstär-

Ausgangsspannung. Beim Bau hochwertiger Ope- kerstufen vorzusehen. Dies wird z. B. im ersten

rationsverstärker muß deshalb die verbleibende Drift Differenzverstärker durch den Widerstand 9 R 7 er-

durch Einsatz weiterer Stabilisierungsmaßnahmen reicht, der zwischen Emitter und Basis des Transi-

noch stark reduziert werden. S stors9r2 liegt. Durch den Widerstand 9R 7 wird

Ein Operationsverstärker in repetierenden Analo- die temperaturabhängige Kollektorstromänderung

gie-Rechenanlagen ist nur während der kurzzeitigen des Transistors 9 Γ 2 durch Mitkopplung vergrößert,

periodischen Rechenvorgänge im Betrieb. In den wodurch der Kollektorstrom des Transistors 9 Tl

Pausen wird der Verstärkereingang auf 0 Volt gelegt. durch Gegenkopplung über den gemeinsamen Emit-

Bei driftfreier Verstärkung muß sich dann die Aus- to terwiderstand 9R4 stabilisiert wird. In gleicherweise

gangsspannung ebenfalls auf OVoIt einstellen. In wird die Kollektorspannung des Transistors 9 T 3

diesen Rechenpausen ist es also möglich, durch bzw. 9 Γ 5 durch die Mitkopplungswiderstände 9 R 8

Überprüfung der Ausgangsspannung festzustellen, ob bzw. 9 .R 9 stabilisiert, die zwischen Basis und Emitter

ein Wandern des Arbeitspunktes (Drift) eingetreten der Transistoren 9Γ4 bzw. 9T6 liegen. Wenn die

ist. An den Ausgang TA ist deshalb ein weiterer Dif- 15 Auskopplung am Transistor 9 T 2 erfolgt, dann muß

ferenzverstärker aus zwei Transistoren 9Γ8 und9T9 selbstverständlich statt des Widerstandes 9Rl (9R8

angeschlossen, und am Kollektor der beiden Transi- bzw. 9i?9) ein entsprechender Widerstand zwischen

stören dieses Verstärkers ist jeweils ein Heizwider- Emitter und Basis des Transistors 9 Tl (9 T 3 bzw.

stand angeschlossen, der im Bereich der Transistoren 9 Γ 5) liegen.

9 Tl und 9 Γ 2 am Eingang des Operationsverstärkers 20 Die zweckmäßigste Größe der Widerstände 9 RT,

angeordnet ist. 9R8 und 9i?9, bei der man für die Kollektorströme

Während der Rechenzeiten des Operationsverstär- der Transistoren 9Tl, 9T3 und 9T5 die beste Stakers ist der Schalter 9Sl in der dargestellten Stellung, bilität erreicht, läßt sich mathematisch ableiten; für so daß an der Basis beider Transistoren 9 Γ 8 und die erste Differenzverstärkerstufe ergibt sich bei 9Γ9 des Nachgleich-Differenzverstärkers OVoIt lie- 25 üblicher Dimensionierung 9R2 äs β 2 · 9i?4, worin gen. Durch beide Widerstände 9Rl und 9R2 darf β 2 die Stromverstärkung des Transistors 9T2 ist. dann kein Strom fließen, wie ohne weiteres verstand- Die Berechnung von 9 R 8 und 9R 9 ist entsprechend, lieh ist. In den Rechenpausen wird der Schalter 9Sl In Fig. 9 ist eine Integrierschaltung mit einem umgelegt, so daß am Eingang des Operationsverstär- Operationsverstärker nach Fig. 8 dargestellt. Die kers mit Sicherheit 0 Volt liegen und die Basis des 30 Integrierschaltung besteht aus dem eigentlichen Ope-Transistors 9T9 über den Widerstand 9R3 auf Po- rationsverstärker 10 Vl, einem Stabilisierungsvertential des Ausgangs TA gebracht werden kann. Un- stärker 10 V2, der in Fig. 8 als Differenzverstärker terscheidet sich dieses von OVoIt, so nimmt je nach mit den beiden Transistoren 9 Γ8 und 9Γ9 darge-Polarität der Spannungsabweichung am Ausgang TA stellt ist, sowie einem Integrierkreis aus einem Konder Kollektorstrom eines Transistors und dadurch der 35 densator 10 C und einem damit in Reihe schaltbaren Spannungsabfall am zugehörigen Kollektorwider- Widerstand 1Oi? 1. Der Widerstand 1Oi? 1 ist gleichstand des Nachstimm-Differenzverstärkers zu. Sobald zeitig der Basiswiderstand für den Eingangstransistor der Spannungsabfall an einem Kollektorwiderstand des Verstärkers 10 Vl, also der Basiswiderstand des die Sperrspannung der an die Heizwiderstände 9Rl Transistors 9T1 in Fig. 8. Die dargestellten Schalbzw. 9i?2 angeschlossenen Zenerdioden 9Zl bzw. 40 ter dienen zum Einschalten des Integrators zum ge- 9Z2 übersteigt, fließt durch den zugehörigen Heiz- wünschten Zeitpunkt, wei bei Integrierschaltungen widerstand 9 i?l bzw. 9R2 Strom. Durch geeignete bekannt; im Betrieb nehmen sie die dargestellte Dimensionierung kann erreicht werden, daß erst Stellung ein. Im Betrieb liegt der Eingangswiderstand dann ein Stromnuß durch die Widerstände 9 R1 bzw. des Verstärkers 10 Vl, also des Transistors 9 Tl, 9R2 und damit eine Erwärmung des zugehörigen 45 dem Kondensator 10C parallel, so daß Integrier-Transistors erfolgt, wenn die auf den Verstärkerein- fehler entstehen.

gang bezogene Drift einen bestimmten Betrag über- Um diese zu beseitigen, ist an dem an den Ausgang

schreitet, beispielsweise größer wird als 1 Mikrovolt. des Operationsverstärkers 10 Vl angeschlossenen

Durch eine solche »Totstrecke« kann mit Sicherheit Anschluß des Kondensators IOC ein Spannungsteiler

vermieden werden, daß ein Überregeln einer Abwei- 50 aus zwei Widerständen 1Oi? 2 und 1Oi? 3 angeschlos-

chung eintritt. Die Gefahr einer Überregelung ist aber sen, an dessen Abgriff der Basiswiderstand des Tran-

auch deshalb bereits gering, weil die Heizleistung, sistors (z.B. 9T2) der Eingangsschaltung des Ver-

mit der je nach Vorzeichen der Drift einer der Tran- stärkers 10 Fl angeschlossen ist, der normalerweise

sistoren 9 Tl bzw. 9 Γ 2 erwärmt wird, vom Quadrat auf festem Potential liegt. Der Widerstand ist in

der Abweichung der Ausgangsspannung an TA ab- 55 Fig. 8 mit 9i?10 bezeichnet und ist deshalb in Fig. 9

hängt, so daß der angestrebte Nullpunkt mit sehr ebenfalls so identifiziert worden. Dieser Spannungs-

flacher Kurve angesteuert wird. Wegen der großen teiler 1Oi? 2 bis 1Oi? 3 bewirkt eine Mitkopplung auf

Zeitkonstanten der Anordnung bleibt dieser in den den zweiten Zweig des Verstärkers 10 Vl, durch die

Rechenpausen vollzogene Nullpunktabgleich wäh- der Eingangswiderstand im ersten Zweig, d. h. der

rend der Rechenoperation relativ lang erhalten. Die 60 Eingangswiderstand des ganzen Verstärkers, unend-

zum Verstärkerabgleich notwendige Temperatur- lieh wird, so daß der Integrierfehler beseitigt wird,

änderung eines der Transistoren 9Tl bzw. 9T2 ist Wesentlich ist, daß die Mitkopplung auf einen ande-

in der Größenordnung von 0,1° C. ren und gegenphasig liegenden Zweig des Verstärkers

Wenn die Rechenzeiten eines Operationsverstär- wirkt als die Gegenkopplung über den Integrierkon-

kers gemäß Fig. 8 so groß werden, daß während 65 densator und daß sie mit der Gegenkopplung über

dieser Rechenzeiten trotz Nachstimmung Drift- den Integrierkondensator gemeinsam ein- und aus-

erscheinungen merkbar werden, so ist es zweckmäßig, geschaltet wird,

eine zusätzliche Temperaturstabilisierung der Kollek- In Rechenpausen wird der Verstärker 10 Vl, wie

in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben, durch den Verstärker 10 V 2 bei eventuellen Drifterscheinungen wieder auf seinen Arbeitspunkt geregelt.

Durch die Erfindung ist also eine Anordnung verfügbar gemacht worden, durch die sich je nach Leistung der Wärmequelle und der Wärmekapazität und dem Wärmewiderstand der ganzen Anordnung lineare oder quadratische Verzögerungen bis zu mehreren Minuten zwischen dem Auftreten eines Signals und der Herstellung eines hierdurch hervorzurufenden Schaltzustandes einer Schaltungsanordnung bewirken lassen. Gewünschtenfalls kann zusätzlich die Totzeit ebenfalls mehrere Minuten betragen. Ferner sind verschiedene Anwendungen einer solchen Anordnung gezeigt worden, die ihre Verwendung nicht nur zur Verzögerung, sondern auch bei langsam und behutsam vorzunehmenden Regelaufgaben veranschaulichen, die bisher wegen Mangel an Elementen mit genügend großen Zeitkonstanten nicht gelöst werden konnten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit wenigstens einem Transistor, dessen elektrischer Schaltzustand durch wenigstens ein Element einstellbar ist, das über ein Wärme mit großer Zeitverzögerung leitendes Medium thermisch durch einen elektrisch steuerbaren, eine Temperaturänderungseinrichtung darstellenden Heizwiderstand gesteuert ist, gekennzeichnet durch ihre Realisierung mit wenigtens einem einen Kunststoffblock mit Metallkappe darstellenden Bauelement, in dem der den elektrischen Schaltzustand der Schaltung bestimmende Transistor und die Temperaturänderungseinrichtung eingebettet sind, und daß hierbei der Kunststoffblock das verbindende Medium und der Transistor zugleich das thermisch steuerbare Element ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als monostabile Kippstufe, derart, daß ein zweiter Transistor vorgesehen ist und daß die Temperaturänderungseinrichtung als Kollektorwiderstand des zweiten Transistors geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als bistabile Kippstufe, derart, daß ein erster Transistor mit einer . ersten Temperaturänderungseinrichtung und ein zweiter Transistor mit einer zweiten Temperaturänderungseinrichtung vorgesehen sind und daß die erste Temperaturänderungseinrichtung als Kollektorwiderstand des zweiten Transistors und die zweite Temperaturänderungseinrichtung als Kollektorwiderstand des ersten Transistors geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Eingangsstufe eines Differenzverstärkers, derart, daß zwei Transistoren und zwei Temperaturänderungseinrichtungen vorgesehen sind und daß die Temperaturänderungseinrichtungen durch einen getrennten Verstärker, der zu Zeiten, in dem der Ausgang der Schaltungsanordnung gleich Null sein muß, in Betrieb gesetzt wird, dann mit Strom auf einem bestimmten Wege versorgt werden, wenn und solange der Ausgang eine Spannung mit einem bestimmten Vorzeichen führt.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 zur Verstärkung von Gleichströmen mit wenigstens einem aus zwei Transistoren bestehenden Differenzverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis und der Emitter des einen Transistors durch einen Widerstand miteinander verbunden sind, während die Ausgangsspannung am Kollektor des anderen Transistors abgenommen wird.

6. Schaltungsanordnung mit einem Differenzverstärker nach Anspruch 4 oder 5 und einem vor dessen einen Eingang geschalteten Widerstand, bei der dieser Eingang über einen Integrierkondensator mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Integration eines Eingangssignals ein anderer Eingang des Differenzverstärkers, der gegenphasig zu dem mit dem Widerstand verbundenen liegt, mit dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden ist, der zwischen dem mit dem Ausgang des Differenzverstärkers verbundenen Anschluß des Integrierkondensators und einem Bezugspotential OVoIt liegt.